10.5 Elektrische Ausfallmechanismen

10.5.1 Elektromigration

In diesem Kapitel wollen wir einige wichtige elektronische Ausfallmechanismen streifen; für Laserdioden haben wir das schon getan. Insbesondere interessiert uns, woran integrierte Schaltungen sterben, falls sie längere Zeit betrieben werden.
Der mit Abstand wichtigste Mechanismus ist im oberen Teil des unteren Bildes gezeigt. Wir schauen auf eine etwa 1 µm breite Al - Leiterbahn, in der Strom von einem Transistor in einen anderen fließt. Die Transistoren selbst liegen, durch eine Oxidschicht isoliert, im Si unterhalb der Leiterbahn.
Deutlich zu sehen ist, daß sich im linken Teil der Al - Bahn Löcher gebildet haben, im rechten Teil dagegen Hügel. Offenbar ist Al von links nach rechts gewandert.
Da dieses Phänomen - das bei Raumtemperatur oder etwas darüber abläuft - nur beobachtet wird falls Strom mit sehr hoher Stromdichte fließt, und der Materialtransport im Al immer in Richtung des Elektronenflusses liegt, spricht man von Elektromigration
Auswirkung der Elektromigration in einer Al - Leiterbahn (oben) und das Diffusionsmodell dazu. Die im Modell eingezeichneten Korngrenzen entsprechen exakt den vorhanden Korngrenzen in der Leiterbahn (in dieser Rastermikroskopaufnahme nicht deutlich zu sehen). Die Bilder stammen aus der Diplomarbeit von Herrn Wedemeyer, einem der ersten Dipl.-Ing. der Technischen Fakultät.
     

     
Wiederum müssten jetzt eigentlich viele Seiten Text kommen. Aber es ist keine Zeit mehr. Der Zeitaufwand für Vorlesungen wurde nach 1995 erheblich gekürzt, und schneller reden ist nicht die Lösung. Es bleiben Inhalte auf der Strecke.
  Immerhin lernen wir, dass hohe Ströme, oder besser hohe Stromdichten, leitende Materialien verändern können - zu ihrem Nachteil. Dasselbe gilt für hohe Feldstärken, die Isolatoren altern lassen.
  Die höchsten Stromdichten und Feldstärken finden sich in den Chips der Mikroelektronik. Sie sind ursächlich für Alterung und dann Ausfälle.
     

 
Famous last words: Auf zur "Einführung in die Materialwissenschaft II", und damit zu den Grundlagen der Mikroelektronik
 

Mit Frame Zurueck Weiter als PDF

© H. Föll (MaWi 1 Skript)